CN114316962B - 一种N、S共掺杂碳点及其制备方法和在Cr6+检测中的应用 - Google Patents

一种N、S共掺杂碳点及其制备方法和在Cr6+检测中的应用 Download PDF

Info

Publication number
CN114316962B
CN114316962B CN202111460790.8A CN202111460790A CN114316962B CN 114316962 B CN114316962 B CN 114316962B CN 202111460790 A CN202111460790 A CN 202111460790A CN 114316962 B CN114316962 B CN 114316962B
Authority
CN
China
Prior art keywords
carbon
preparation
cds
prepared
dots
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202111460790.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN114316962A (zh
Inventor
刘洋
刘竞
宋胜梅
董川
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shanxi University
Original Assignee
Shanxi University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shanxi University filed Critical Shanxi University
Priority to CN202111460790.8A priority Critical patent/CN114316962B/zh
Publication of CN114316962A publication Critical patent/CN114316962A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN114316962B publication Critical patent/CN114316962B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Investigating Or Analysing Materials By The Use Of Chemical Reactions (AREA)
  • Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Non-Biological Materials By The Use Of Chemical Means (AREA)

Abstract

本发明公开了一种N、S共掺杂碳点及其制备方法和在Cr6+检测中的应用，属于碳纳米材料和荧光检测技术领域。N、S共掺杂碳点的制备方法：以对苯二异氰酸酯为碳源，二甲基亚砜为溶剂，采用一锅溶剂法制备了荧光碳量子点(N,S‑CDs)。N,S‑CDs的粒径约为13.2nm，N,S‑CDs的最佳激发波长为362nm，最佳发射峰位于503nm，荧光量子产率为7.0％。本发明碳点合成方法简单，原料廉价易得，反应条件温和且环境友好，在一般实验室均能完成，易于推广。所制备的碳点N,S‑CDs对Cr6+具有高的选择性和优异的抗干扰性能，可作为荧光探针用于水体中Cr6+的检测。

Description

一种N、S共掺杂碳点及其制备方法和在Cr6+检测中的应用
技术领域
本发明涉及碳发光纳米材料，尤其涉及碳量子点，具体是一种N、S共掺杂碳点及其制备 方法和在Cr6+检测中的应用。
技术背景
铬(Cr)是第四周期第VIB族金属元素。Cr3+是人体必需的微量元素，适量的Cr3+有利于 保护人体的视网膜，而Cr6+以其高氧化性、高生物膜渗透性、高迁移性和致癌性对人体有显 著危害，如破坏人体酶的活性、引发炎症和过敏反应，严重时会诱发各种癌症，影响人类身 体健康。随着我国经济的高速发展，铬渣污染日益严重，大量的工业铬渣堆弃在城市周边， Cr6+随雨水淋溶进入土壤、地下水、河流等环境，污染饮用水源和鱼类等海鲜制品。目前，Cr6+的检测方法有高锰酸钾氧化-二苯碳酰二肼光度法、电化学分析、火焰原子吸收法、液相色谱 等，但这些检测方法前处理操作繁琐，不易推广。
发明内容
本发明的目的在于提供一种N、S共掺杂碳点及其制备方法和在Cr6+检测中的应用，所述 碳点的制备方法，工艺简单，原料来源广泛且价格便宜，制备条件要求低且环境友好，在一 般实验室均能合成，易于推广。
本发明提供的一种N、S共掺杂碳点的制备方法，包括如下步骤：
步骤1，将对苯二异氰酸酯溶于二甲基亚砜(DMSO)中，再加入氨水调节pH为碱性，再 将其超声分散至样品均匀；
步骤2，将分散后的样品溶液转移至高温高压反应釜中；
步骤3，将反应釜置于200-250℃条件下反应7-9小时；
步骤4，将所得溶液通过0.22-0.45μm滤膜过滤，再将所得滤液转移至500-1000Da的透析袋中透析至少8小时，得到淡黄色溶液；
步骤5，将透析后的淡黄色溶液冷冻干燥获得固体粉末，即是纯净的碳量子点。
作为优选：
所述的步骤1中，对苯二异氰酸酯用量为0.10-0.20g，二甲基亚砜用量为20mL，氨水 用量为1mL；
所述的步骤3中，反应温度为200℃，反应时间为8小时。
上述方法制备的N、S共掺杂碳点作为荧光探针可用于检测水溶液中的Cr6+，定量检测Cr6+浓度范围和检出限分别是3.96～956μM和30nM。
本发明的有益效果是：
本发明采用一锅溶剂法制备了N、S共掺杂碳点，合成方法简单有效，原料廉价易得，反 应条件温和且环境友好，在一般实验室均能完成，易于推广。所制备的碳点N,S-CDs对Cr6+具有高的选择性和优异的抗干扰性能，可作为荧光探针用于检测水体中的Cr6+。
附图说明
图1为实施例1制备的碳量子点的透射电镜图像(A)和粒径分布图(B)
图2为实施例1制备的碳量子点的红外光谱图，图中横坐标为检测波长，纵坐标为透过 率
图3为实施例1制备的碳量子点的紫外吸收与荧光光谱
图4为实施例1制备的碳量子点荧光发射曲线随激发波长变化的光图谱
图5为Cr6+淬灭实施例1制备的碳量子点的荧光光谱图(A)和Cr6+在3.96～956μM范围内的非线性关系(B)
图6为实施例1制备的碳量子点的选择性图谱；金属离子响应(A)；阴离子响应(B)；氨基酸响应(C)；药物响应(D)。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施例对本发明做出进一步说明，具体实施例给出了详细的实施 方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述实施例。
实施例1
步骤1，将0.16g对苯二异氰酸酯溶于20mL二甲基亚砜(DMSO)中，再加入1mL氨 水调节pH为碱性，再将其超声分散5min直至样品充分混匀；
步骤2，将超声分散后的样品溶液转移至50mL的高温高压反应釜内衬中；
步骤3，将反应釜置于烘箱中，200℃反应8小时；
步骤4，将所得溶液通过0.45μm滤膜过滤，再将所得滤液转移至500-1000Da的透析袋中透析8小时，得到纯净的碳量子点水溶液；
步骤5，将透析后的淡黄色溶液冷冻干燥获得固体粉末，该粉末即是纯净的碳量子点， 以硫酸奎宁为标准品，其相对量子产率为7％。
性质表征见图1、2、3、4：
图1为实施例1制备的碳量子点的透射电镜图像(A)和粒径分布图(B)，可见该碳量子 点的是分散良好的类球形纳米颗粒，粒径范围在12～15nm，平均粒径为13.2nm。图2为实施例1制备的碳量子点的红外光谱图。2924cm-1处的峰为饱合C-H的伸展振动；2060cm-1处的峰归因于C＝N的伸展振动；1677cm-1、1622cm-1处的两个吸收峰分别是C＝O的伸展峰和 N-H的弯曲振动的倍频峰；1577cm-1和1378cm-1的吸收峰分别属于NO2的不对称和对称伸展 振动；1500cm-1处的吸收峰为碳点六元环C-C骨架振动；在1408cm-1处的弱峰表示C-N的 拉伸振动；1232cm-1和1023cm-1处的吸收峰属于羟基C-O不对称伸展振动和对称伸展振动；835cm-1处的吸收峰属于碳点骨架上不饱合C-H的弯曲振动。图3为实施例1制备的碳量子 点的荧光光谱图，可见该碳点的激发波长为362nm，发射波长为503nm。图4为实施例1制 备的碳量子点的荧光发射曲线随激发波长变化的光谱图，该碳量子点具有激发波长独立的性质。
实施例2
利用元素分析法分析实施例1制备的碳量子点元素含量。该碳点由C、H、N、O和S组成， 各个元素分别占总质量的55.37％、4.46％、17.23％、2.60％和0.64％(计算值)，所制备N,S-CDs 的经验组成式为C29H28N8OS4。
实施例3
通过研究潜在的干扰物质来评估实施例1制备的碳量子点的选择性。如图6所示，分别 分析了20金属离子、14种阴离子、17种氨基酸和15种抗生素对N,S-CDs荧光强度的影响。 试验发现，只有Cr6+可以显著地猝灭N,S-CDs的荧光，猝灭率达80％，其他物质对N,S-CDs荧 光响应的灵敏度不高，表明N,S-CDs对Cr6+有专一性响应。所以本试验构筑了一种无标记的 荧光N,S-CDs测定水样中Cr6+。
实施例4
通过荧光滴定试验研究实施例1制备的碳量子点对Cr6+的定量检测。图5中A是滴定实 验的趋势图，随着Cr6+含量的增加，N,S-CDs荧光强度逐渐减弱。由图5中B可知，当Cr6+浓度介于3.96～956μM，F0/F与Cr6+浓度的关系符合(R2＝0.998)，其中 F0和F分别为N,S-CDs猝灭前后的荧光强度，检出限为30nM。世界卫生组织(WHO)规定饮 用水中Cr6+的最大允许浓度为0.05mg/L。本试验所制备的N,S-CD荧光探针可用于实际水样 中Cr6+的检测。
实施例5
取山西大学实验室自来水和令德湖水为待测水样，采用标准法加标回收实验来检查实施 例1制备的碳量子点检测Cr6+的可行性。实际水样中Cr6+的加标回收率为100.1％-104.5％， RSD≤2.10％(详见表1)。表明，本专利所合成的新型荧光碳量子点N,S-CDs具有良好的准 确度和精确度，可以用于环境水样中的Cr6+检测。
表1实际水样中的Cr6+测定

Claims (3)

1.一种N、S共掺杂碳点的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1，将对苯二异氰酸酯溶于二甲基亚砜(DMSO)中，再加入氨水调节pH为碱性，再将其超声分散至样品均匀；
步骤2，将分散后的样品溶液转移至高温高压反应釜中；
步骤3，将反应釜置于200℃条件下反应8小时；
步骤4，将所得溶液通过0.22-0.45μm滤膜过滤，再将所得滤液转移至500-1000Da的透析袋中透析至少8小时，得到淡黄色溶液；
步骤5，将透析后的淡黄色溶液冷冻干燥获得固体粉末，即是纯净的碳量子点；
所述的步骤1中对苯二异氰酸酯用量为0.10-0.20g，二甲基亚砜用量为20mL，氨水用量为1mL。
2.如权利要求1所述方法制备的N、S共掺杂碳点。
3.如权利要求2所述的N、S共掺杂碳点作为荧光探针在Cr6+检测中的应用。
CN202111460790.8A 2021-12-02 2021-12-02 一种N、S共掺杂碳点及其制备方法和在Cr6+检测中的应用 Active CN114316962B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111460790.8A CN114316962B (zh) 2021-12-02 2021-12-02 一种N、S共掺杂碳点及其制备方法和在Cr6+检测中的应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111460790.8A CN114316962B (zh) 2021-12-02 2021-12-02 一种N、S共掺杂碳点及其制备方法和在Cr6+检测中的应用

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN114316962A CN114316962A (zh) 2022-04-12
CN114316962B true CN114316962B (zh) 2023-04-14

Family

ID=81049642

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202111460790.8A Active CN114316962B (zh) 2021-12-02 2021-12-02 一种N、S共掺杂碳点及其制备方法和在Cr6+检测中的应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114316962B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115521773B (zh) * 2022-09-19 2024-05-28 西南交通大学 用于检测Cr(Ⅵ)的检测材料及其制备方法和应用

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108611090A (zh) * 2018-05-04 2018-10-02 山西大学 一种荧光碳量子点及其制备方法和应用

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106634983B (zh) * 2016-12-27 2019-07-23 江南大学 一种氮硫掺杂荧光碳量子点及其制备方法和应用
CN110724533B (zh) * 2019-10-22 2020-07-10 广东药科大学 一种S,Se-CQDs及其检测Cr(VI)污染物的方法
CN111474146B (zh) * 2020-03-19 2021-11-19 中国石油大学(北京) 氮硫掺杂碳量子点及其制法和在检测银纳米颗粒中的应用
CN112129733B (zh) * 2020-08-25 2024-01-12 黑龙江大学 一种氮硫共掺杂碳量子点特异性检测六价铬离子的方法
CN113278415B (zh) * 2021-04-07 2022-10-14 长春工业大学 一种硫氮共掺杂的黄色荧光碳点的制备方法及其应用

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108611090A (zh) * 2018-05-04 2018-10-02 山西大学 一种荧光碳量子点及其制备方法和应用

Also Published As

Publication number Publication date
CN114316962A (zh) 2022-04-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Liu et al. Construction of biomass carbon dots based fluorescence sensors and their applications in chemical and biological analysis
Gu et al. Green preparation of carbon quantum dots with wolfberry as on-off-on nanosensors for the detection of Fe3+ and l-ascorbic acid
Fan et al. Detection of tetracycline antibiotics using fluorescent “Turn-off” sensor based on S, N-doped carbon quantum dots
CN114316962B (zh) 一种N、S共掺杂碳点及其制备方法和在Cr6+检测中的应用
Tang et al. Biological matrix-derived carbon quantum dots: Highly selective detection of tetracyclines
Ge et al. Near-infrared-emitting persistent luminescent nanoparticles modified with gold nanorods as multifunctional probes for detection of arsenic (III)
Zhang et al. A label-free and sensitive photoluminescence sensing platform based on long persistent luminescence nanoparticles for the determination of antibiotics and 2, 4, 6-trinitrophenol
Wang et al. Semi-quantitative and visual assay of copper ions by fluorescent test paper constructed with dual-emission carbon dots
Li et al. Chitosan based macromolecular probes for the selective detection and removal of Fe3+ ion
Zhang et al. Sensitive and visual detection of p-phenylenediamine by using dialdehyde cellulose membrane as a solid matrix
Zhou et al. Molecular engineering of dAd-based non-linearity fluorescent probe for quick detection of thiophenol in living cells and tissues
Venugopalan et al. Microwave assisted green synthesis of carbon dots from sweet flag (Acorus calamus) for fluorescent sensing of 4-nitrophenol
Liu et al. A pH-responsive fluorometric and colorimetric system based on silicon quantum dots and 4-nitrophenol for urease activity detection
CN102621127A (zh) 一种六价铬环境样品检测方法
Chen et al. N-doped carbon dots as the multifunctional fluorescent probe for mercury ion, glutathione and pH detection
Huang et al. An “AIE+ ESIPT” mechanism-based benzothiazole-derived fluorescent probe for the detection of Hg 2+ and its applications
Remani et al. Fluorescence sensing of picric acid by ceria nanostructures prepared using fenugreek extract
Li et al. Facile synthesis of PEG-modified fluorescent carbon dots for highly sensitive detection of Ag+
CN104877662A (zh) 巯基聚乙烯醇量子点复合材料的制备及在检测水样中痕量Cu2+的应用
Jain et al. Biosynthesis driven dysprosium oxide nanoparticles as a sensor for picric acid
CN103217416B (zh) 检测二价汞离子的检测组合物、方法与试剂盒
CN109765203B (zh) 一种“荧光-稳定同位素”双模态对三硝基甲苯的检测方法
Liu et al. Sensitive detection of picric acid in an aqueous solution using fluorescent nonconjugated polymer dots as fluorescent probes
Tang et al. A 2-(2′-hydroxyphenyl) quinazolin-4 (3H)-one derived enaminone for fluorescence detection of Pd2+
CN113720837B (zh) 一种快速检测水体中汞离子的比色传感器

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant